Способ противодействия беспилотным летательным аппаратам Российский патент 2021 года по МПК B64C39/02 F41H11/02 

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и борьбы с беспилотными летательными аппаратами.

Для применения беспилотных летательных аппаратов не требуются пилоты-люди, вследствие чего такие летательные аппараты могут иметь меньший размер и работать при различных условиях для выполнения множества задач. Некоторые задачи включают в себя разведку, уничтожение, отключение или иное повреждение цели на земле. С увеличением использования БЛА возникла необходимость в системах и способах противодействия таким беспилотным летательным аппаратам. В качестве систем противодействия могут быть использованы системы видео обнаружения БЛА-нарушителя, радиолокационное обнаружение, акустический мониторинг, системы захвата БЛА-нарушителя, создания радиочастотных помех в связи БЛА-нарушителя с наземной станцией управления, глушение сигнала навигационных систем позиционирования.

Из уровня техники известны системы и методы противодействия беспилотным летательным аппаратам, включающие обнаружение диверсионного беспилотного летательного аппарата, направление БЛА-перехватчика к диверсионному беспилотному летательному аппарату с его последующим отключением путем развертывания отключающего элемента, например, сети, из БЛА-перехватчика.

Недостатками данных систем являются:

1. Ненадежность, небезопасность их использования особенно в общественных местах или населенных пунктах.

2. Возможное несовпадение отключающего элемента БЛА-перехватчика и размера БЛА-нарушителя.

3. Высокое аэродинамическое сопротивление сетки, что даёт невозможность перехвата целей на высоких скоростях (более 100 км/ч).

4. Сложность конструкции и высокий вес перехватчика.

5. Невозможность повторения перехвата тем же БЛА в случае промаха

Из уровня техники известны способы радиоэлектронного подавления приемных устройств каналов управления, телеметрии, передачи данных и спутниковой навигации БЛА. Например, за счет того, что в комплексе радиоэлектронной борьбы с БЛА передающая антенна выполнена многолучевой, состоящей из излучающей части и диаграммообразующего устройства с N входами, сверхвысокочастотный коммутатор выполнен многоканальным, имеющим N выходов, соединенный с диаграммообразующим устройством, усилителя мощность, соединенного с СВЧ-коммутатором и определителем координат носителей подавляемых средств. Или за счет выбора передатчиков, излучающих линейно-частотно-модулированные радиосигналы; применения радиоэлектронной компенсации помех; извлечения дополнительной информации, получаемой путем идентификации помех; извлечения дополнительной информации, получаемой путем идентификации и выделения из множества принятых сигналов подмножества энергетически эффективных отраженных сигналов и использования выделенного подмножества сигналов для избирательного поиска и пространственной локализации воздушных объектов.

Недостатками таких способов радиоэлектронного подавления приемных устройств каналов управления, телеметрии, передачи данных и спутниковой навигации БЛА являются:

1. Комплекс радиоэлектронного подавления может создавать беспорядочные помехи для находящихся поблизости приборов и оборудования.

2. Нарушение сигнала GPS может оказать нежелательное влияние на гражданские устройства, на которые полагаются люди.

3. Для создания эффективных помех используются сложные аппаратные средства.

4. Привязка к спутниковой навигационной системе.

5. Может произойти потеря сигнала при маневрировании БЛА или при подлете второго БЛА.

6. Невозможность перехвата БЛА, обладающих инерциальной или оптической системами навигации, а также неуправляемых беспилотных летательных аппаратов.

Из уровня техники известны различные авиационные средства борьбы с беспилотными аппаратами различного радиуса действия, состоящие из боевого БЛА, снабженного боевым элементом различного действия и конструкции, снабженные блоком управления, спутниковой системой навигации, видеокамерой, дальнометром, блоком управления. Главным элементом противодействия БЛА в таких системах является боевой элемент различной конструкции и принципа действия, который может являться элементом конструкции беспилотного летательного аппарата, например, самолетного типа, или крепиться к корпусу БЛА вертолетного и/или мультироторного типа.

Недостатками таких средств борьбы являются:

1. Невозможность их гражданского применения.

2. Сложность попадания боевого элемента в БЛА-нарушителя, из-за особенностей полета БЛА-перехватчика и БЛА-нарушителя.

3. Сложность попадания в БЛА-нарушителя боевого элемента без системы самонаведения.

4. Сложность конструкции БЛА-перехватчика, несущего боевой заряд.

5. Большая стоимость изготовления БЛА-перехватчика, несущего боевой заряд.

Так же из уровня техники известны комбинированные системы противодействия беспилотным летательным аппаратам, соединяющие в себе элементы различных систем противодействия. Например, на малом БЛА-перехватчике могут быть установлены: по меньшей мере, одно устройство захвата БЛА-нарушителя, выполненное в виде сети; по меньшей мере, одно устройство подавления БЛА-нарушителя, выполняемое в виде капсулы красителя, не пропускающего свет в оптическом диапазоне электромагнитных волн, снабженной парашютом, детонатором и взрывчатым веществом; устройство поражения, снабженное детонатором, взрывчатым веществом и элементами поражения, приводящие БЛА-нарушитель в неработоспособное состояние или к его полному уничтожению.

Такие системы имеют все недостатки систем противодействия БЛА или их различные комбинации в зависимости от степени комбинирования.

Задачей настоящего изобретения является разработка относительно простого и эффективного способа противодействия беспилотным летательным аппаратам.

Техническим результатом использования заявляемого изобретения является недорогой, автономный, эффективный способ противодействия беспилотным летательным аппаратам нарушителя с помощью беспилотного летательного аппарата перехватчика без использования поражающих элементов взрывного действия на борту путем кинетического поражения нарушителя методом столкновения БЛА-перехватчика с БЛА-нарушителем с возможностью возврата БЛА-перехватчика на точку старта в случае промаха или повторения попытки перехвата.

Также техническим результатом использования заявляемого изобретения является возможность классификации нарушителей по их изображению, получаемому видеокамерой, определению регистрационных номеров, нанесённых на корпус БЛА с целью определения собственника БЛА и исключения ложных перехватов птиц и других летающих объектов.

Технический результат достигается тем, что в качестве БЛА-перехватчика при реализации способа может использоваться БЛА простой конструкции, имеющий низкую стоимость, малым весом, начиная с 250 грамм, что позволяет упростить регистрацию БЛА и последующее снятие его с учёта.

Автономность способа заключается в использовании автоматических систем обнаружения, распознавания и базировании БЛА в стартовом контейнере.

Сущность способа заключается в том, что при обнаружении БЛА нарушителя, производится автоматический запуск, по меньшей мере, одного БЛА-перехватчика, которому передаются ориентировочные координаты местонахождения БЛА-нарушителя, его курс и скорость движения. БЛА-перехватчик в автономном режиме направляется для перехвата БЛА-нарушителя. После выхода на дистанцию обнаружения, производится коррекция направления перехвата с целью кинетического уничтожения (столкновения) БЛА-перехватчиком БЛА-нарушителя.

Преимущественный, но не исключительный вариант системы, используемой для осуществления способа противодействия беспилотным летательным аппаратам, состоит из средства обнаружения БЛА-нарушителя, по меньшей мере, одного стартового контейнера с БЛА-перехватчиком, оборудованный системой самонаведения, и системы управления.

Преимущественно, но не исключительно, средство обнаружения представляет собой один из стандартно производимых комплексов радиолокационного обнаружения.

Преимущественно, но не исключительно, БЛА-перехватчик представляет собой беспилотные летательные аппараты мультироторного типа (квадрокоптер, октокоптер и т.п.), оборудованные вычислителем и датчиками навигации (GPS, ГЛОНАСС, инерционные), обеспечивающими выполнение автоматического взлёта и полёта, системой самонаведения и системы управления, выполненной в виде компьютерного устройства с установленным программным обеспечением.

Преимущественно, но не исключительно, в качестве датчиков могут использоваться стандартные полётные контроллеры с программным обеспечением iNav, Betaflight и т.п.

Преимущественно, но не исключительно, система самонаведения БЛА-перехватчика выполняется на основе видео-датчиков, обеспечивающих получение изображения нарушителя для коррекции направления полёта и точного наведения БЛА-перехватчика на БЛА-нарушитель.

Преимущественно, но не исключительно, в качестве видео-датчиков могут быть использованы видеокамеры.

Преимущественный вариант способа противодействия беспилотным летательным аппаратам осуществляется следующим образом.

Система обнаружения нарушения работает в непрерывном режиме, сканируя охраняемое пространство. При обнаружении БЛА-нарушителя, производится автоматический запуск из стартового контейнера, по меньшей мере, одного БЛА-перехватчика, которому передаются ориентировочные координаты местонахождения БЛА-нарушителя, данные курса его полета, скорость движения, определяемые системой обнаружения.

Определение координат БЛА-нарушителя производится встроенным в БЛА-перехватчик вычислителем, обеспечивающим получение изображения от видео-датчика и последующие определение области кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя посредством нейронных сетей, алгоритмов вычитания фона, каскада HAAR, использованием формулы проекции точки на плоскость или другими известными методами с последующим вычисление координат БЛА-нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.

Полученные координаты нарушителя используются для уточнения курса перехватчика с целью его столкновения с нарушителем.

Альтернативным способом реализации БЛА-перехватчика является его исполнение с использованием двунаправленного канала радиосвязи, обеспечивающего передачу видеосигнала в систему обработки данных и определение координат нарушителя средствами вычислителя, расположенного на земле, что позволяет значительно снизить стоимость производства перехватчика и упростить его конструкцию.

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и борьбы с беспилотными летательными аппаратами. При обнаружении БЛА-нарушителя производится автоматический запуск БЛА-перехватчика, которому передаются ориентировочные координаты местонахождения БЛА-нарушителя, его курс и скорость движения. БЛА-перехватчик в автономном режиме направляется для перехвата БЛА-нарушителя. После выхода на дистанцию обнаружения производится коррекция направления перехвата с целью кинетического уничтожения (столкновения) БЛА-перехватчиком БЛА-нарушителя. Повышается эффективность противодействия БЛА. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ противодействия беспилотным летательным аппаратам, заключающийся в:

a) автоматическом обнаружении БЛА-нарушителя системой обнаружения;

b) передаче ориентировочных координат местонахождения БЛА-нарушителя, данных курса его полета, скорости движения, определяемых системой обнаружения;

отличающийся тем, что

c) автоматический запуск по меньшей мере одного БЛА-перехватчика происходит из стартового контейнера;

d) координаты БЛА-нарушителя определяются встроенным в БЛА-перехватчик вычислителем;

e) на основании полученных координат БЛА-нарушителя уточняется курс БЛА-перехватчика;

f) корректировка курса БЛА-перехватчика производится таким образом, чтобы произошло пересечение курса БЛА-перехватчика с курсом БЛА-нарушителя с последующим кинетическим уничтожением БЛА-нарушителя.

2. Способ по п. 1, в котором определение координат БЛА-нарушителя происходит путем получения изображения от видеодатчика БЛА-перехватчика с последующим определением области кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, и вычислением координат БЛА-нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.

3. Способ по п. 2, в котором область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью известных методов с последующим вычислением координат нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью нейронных сетей.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью алгоритмов вычитания фона.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью каскада HAAR.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью использования формулы проекции точки на плоскость.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае расхождения курса БЛА-перехватчика с курсом БЛА-нарушителя БЛА-перехватчик может уйти на второй заход.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при реализации БЛА-перехватчика может быть использован двунаправленный канал радиосвязи, обеспечивающий передачу видеосигнала в систему обработки данных и определение координат нарушителя средствами вычислителя, расположенного на земле.